Politechnika Śląska
Wydział Transportu
Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych
ROZPRAWA DOKTORSKA
mgr inż. Michał MIROS
WPŁYW NAPRAW SPAWALNICZYCH NA
WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE
ELEMEN-TÓW NOŚNYCH POJAZDÓW CIĘŻAROWYCH
Promotor:
STRESZCZENIE
Badania przeprowadzone podczas realizacji pracy doktorskiej podzielić można było na dwie grupy- badania wstępne oraz badania zasadnicze. Pierwszą grupę stanowiły badania o charakterze matalograficznym- były to badania wstępne. Badania te miały na celu ustalenie w badanym obszarze metod spawalniczych związku pomiędzy zawartością tlenu w stopiwie a
udziałami najkorzystniejszej pod względem własności plastycznych
i wytrzymałościowych fazy- ferrytu drobnoziarnistego (ferrytu AF wg. MIS.). Badaniom wstępnym poddano metody spawania zalecane przez producentów pojazdów ciężarowych do spawania elementów ram nośnych oraz metodę TIG. Dodatkowo w celu przeanalizowania wypływu tlenu na formowanie drobnoziarnistego ferrytu AF przeanalizowano stopiwa wyko-nane otulonymi elektrodami wykonanymi w warunkach laboratoryjnych. Badaniami wstęp-nymi objęto stopiwa wykonane metodami: elektrodami otulowstęp-nymi z zastosowaniem otuliny o charakterze zasadowym oraz rutylowymi, metodę MAG, metodę TIG, elektrodami otulonymi z zastosowaniem otuliny wyprodukowanej w warunkach laboratoryjnych. Badany obszar me-tod spawalniczych reprezentowany był przez meme-tody średnio oraz nisko- tlenowe zgodnie z istniejącym tzw. kryterium tlenowym. W badaniach wstępnych przeanalizowano wielkości i skład chemiczny ujawnionych wtrąceń niemetalicznych. Podsumowaniem tej czesci badań było wyprowadzenie wzoru wiążącego zawartość tlenu w stopiwie oraz wielkość wtrąceń niemetalicznych występujących w stopiwie. Przeanalizowano struktury metalograficzne sto-piw pod względem zawartości odmian polimorficznych ferrytu (GBF, SPF oraz AF) tworzą-cego strukturę metalograficzną. Wyprowadzono wzór wiążący zawartość tlenu w stopiwie oraz procentowy udział drobnoziarnistego ferrytu AF.
Badania zasadnicze prowadzone były w celu określenia przydatności stopiw wykona-nych metodami niskotlenowymi (o dużej zawartości ferrytu AF w stopiwie) do napraw oraz przebudów ram pojazdów ciężarowych. Złącza spawane znajdujące się w ramie nośnej pojaz-du ciężarowego narażone są na występowanie naprężeń o różnym charakterze oraz wielko-ściach. Terenowe warunki pracy pojazdów obsługujących np. budowy generują powstawianie naprężeń dynamicznych o charakterze udarów. Spawane podłużnice ramy naczepy samocho-dowej narażone są na występowanie znacznych naprężeń pochodzących od rozciągania. Nie-malże w każdych warunkach ruchowych na ramę pojazdu ciężarowego działają stosunkowo niewielkie siły- jednak powtarzające się w czasie. Siły oraz wynikające z nich naprężenia mogą powodować powstawanie pęknięć zmęczeniowych. Z literatury wynikało, iż duże udziały drobnoziarnistego ferrytu AF wchodzącego w skład struktury metalograficznej
stopi-wa powodują, iż stopiwo takie charakteryzuje się dobrymi właściwościami plastycznymi (udarnością) - zostało to również potwierdzone w przeprowadzonych badaniach. Badania energii łamania stopiw prowadzono w dwóch temperaturach +20C° oraz -40°C również dla stopiw wykonanych z użyciem materiałów dodatkowych wykonanych metodami laboratoryj-nymi. Kolejnym badaniem o charakterze eksploatacyjnym było badanie udarności stopiw wstępnie odkształconych oraz wyprostowanych. Taki sposób przygotowania próbek miał sy-mulować złącze spawane znajdujące się w odkształconej plastycznie ramie pojazdu ciężaro-wego po naprawie polegającej na statycznym prostowaniu. Próbki stopiw odkształcano obcią-żeniem statycznym oraz dynamicznym- miało to symulować różne sposoby odkształcenia ramy pojazdu ciężarowego. Badania udarności zarówno stopiw nieodkształconych jak i od-kształconych wstępnie wykazały, iż wyższymi energiami łamania charakteryzowały się sto-piwa wykonane metodami niskotlenowymi.
Przeanalizowano własności wytrzymałościowe stopiw wykonanych badanymi metodami o różnej zawartości tlenu. Jak wynikało z uzyskanych wyników poza najlepszą udarnością rów-nież i najlepszą wytrzymałością na rozciąganie charakteryzowało się stopiwo o największej zawartości drobnoziarnistego ferrytu AF- stopiwo wykonane otulonymi elektrodami zasado-wymi.
Kolejnym etapem badań zasadniczych były badania wytrzymałości zmęczeniowej stopiw o różnej zawartości tlenu. Przeprowadzone badania uwidoczniły również i tym przypadku przewagę właściwości stopiw wykonanych metodami niskotlenowymi nad właściwościami stopiw metod średniotlenowych.
Dodatkowo, aby możliwa była ocena uzyskanych wyników przeprowadzonych badań w od-niesieniu do rzeczywistych warunków eksploatacyjnych przeprowadzono pomiar rzeczywi-stych naprężeń występujących w spawanej ramie pojazdu ciężarowego w pewnych, typowych warunkach eksploatacji.
Badania te rozpoczęto od przeprowadzenia numerycznej analizy modelu ramy naczepy sa-mowyładowczej z użyciem programu wykorzystującego metodę MES. Aby zweryfikować uzyskana wartość naprężeń we wskazanym przez program wykorzystujący metodę MES miejscu, w tym właśnie miejscu naklejone zostały tensometry oraz przeprowadzony został pomiar naprężeń w rzeczywistych warunkach. Uzyskane podczas tych badań wyniki odnie-siono do wyników badań wytrzymałości doraźnej.
